Funktionsbeschreibung
Für die Spannungsmessung wird das IC ICL7107 verwendet. Dabei handelt es sich um einen 3.5Digit-Analog-Digital-Wandler mit integriertem 7-Segment-Treiber. Versorgt diese Schaltung von einem einfachen Spannungsregler des Typs LM7805. Im dem verwendeten SO-8 Gehäuse liefert dieser 100mA. Als Eingangsspannung sind +12V vorgesehen, zusammen mit dem erwarteten Strom sollte der Regler im Betrieb nicht zu warm werden. Alternativ kann die Schaltung über die Spannungsreferenz LT1021-5 versorgt werden.
Für die negative Betriebsspannung wird das altgediente IC ICL7660 verwendet. Dieser arbeitet als Spannungsinverter. Mit Hilfe von zwei externen Kondensatoren wird die Eingangsspannung (+5V) umgepolt. Als zweite Möglichkeit ist es möglich, dass die +5V von einem externen Netzteil gespeist werden.
Der Widerstand R31 dient zum Einstellen des Messbereichs:
- 100kΩ: -19.99V – 19.99V
- 1MΩ: -199.9V – 199.9V
Wenn dieser Widerstand entfernt wird, darf die Eingangsspannung nur zwischen 0V und +5V liegen. Spannungen über den +5V kann der integrierte ADC irreparabel beschädigt werden.
Als 7-Segment-Anzeige muss eine Anzeige mit gemeinsamer Anode (Pluspol) benutzt werden, da der ICL7107 die Anzeige nach GND schaltet. Für die Regulierung des Stroms und der daraus Regulierung der Helligkeit der Segmente, dienen die beiden Widerstände R8 und R9. (Anmerkung: Dies ist eine schlechte Lösung. Je nach Anzahl der erleuchteten Segmente leuchten diese unterschiedlich hell. Besser ist es, jedes Segment einzeln mit einem Widerstand zu versehen.) Die Dezimalpunkte müssen je nach gewähltem Messbereich mit GND verbunden werden; das IC bietet keinen Anschluss für diese.
Für einen Abgleich des ADC ist zwischen den Pins 35 und 36 einen Potentiometer geschaltet.
Inbetriebnahme
Nach dem Löten des Prototypen steht der erste Test der Schaltung an. Für exakte Messergebnisse muss die Schaltung noch abgeglichen werden. Dafür wird das vorgesehene Potentiometer verwendet. Dieses wird soweit gedreht, bis die Anzeige auf der 7-Segment-Anzeige und einem angeschlossenen Multimeter übereinstimmen.
Zusätzlich wird zwischen den beiden Pins 35 und 36 mit dem Multimeter gemessen. Wird zwischen den beiden Pins eine Spannung von genau 1V gemessen, ist die Schaltung abgeglichen. Der Abgleich muss mit verschiedenen Messspannungen durchgeführt werden. Nur so kann die Präzision über den gesamten Messbereich erhalten bleiben. Durch den Abgleich ist es möglich, im großen Messbereich eine Genauigkeit von ca. 100mV erreichen.
Zum Abgleich wird zwischen diesen Pins mit einem genauen Multimeter gemessen. Zwischen den Pins sollte sich eine Spannung von ca. 1V messen lassen. Zur Feinabstimmung muss am Potentiometer gedreht werden. Die Quellspannung sollte auch zwischen diesen beiden Pins messbar sein. Diesen Abgleich führt man mit mehren Spannungen durch. Mit etwas Geduld lässt sich so im großen Messbereich eine Genauigkeit von ca. 100mV erreichen.
Bei der Schaltplanentwicklung ist ein Dreher in der Anzeige unterlaufen. Die Zehnerstelle ist ganz rechts; hier sollte allerdings die Nachkommastelle sein.
Das obige Bild zeigt Version 1a , nachdem sie modifiziert wurde. Die Brücke erweitert den Messbereich von 99.9V auf 199.9V. Der Dreher in der 7-Segmentanzeige ist damit noch nicht behoben. (S.u.)
Aufgrund der vielen Fehler im VMB-1a gibt es den Nachfolger VMB-2a.